《电机与变压器》(1)磁路、变压器用途、结构和类型讲诉

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(4) 磁场强度
磁场强度也是表征磁场中某点强弱和方向的物理量，用大 写字母“H”表示。H也是矢量，H的方向也是置于磁场中该 点小磁针N极的指向。 磁感应强度是描述磁路介 磁场强度和磁 质的磁场某点强弱和方向的 感应强度有何 物理量，与介质的导磁率有 区别和联系？ 关；磁场强度是描述电流的 磁场强弱和方向的物理量。 与介质的导磁率无关。它们之间的联系为：
目 录
铁磁线圈与磁路 变压器的用途和基本工作原理 变压器的结构组成 变压器的类型
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学习目的与要点
电工技术中不仅要讨论电路问题，还要讨论磁路问题。 很多电工设备与磁路有关，如电力系统中广泛应用的变 压器、电动机、发电机、电磁铁及电工测量仪表等。 为更好的学习变压器、电机、电器的工作特性及应 用，首先应理解有关磁路的问题。磁路问题与磁场有关， 与磁介质有关，而且磁场往往还与电流相关联，因此本 讲先从磁路、磁场及其基本物理量进行研究。 通过本次学习，要求理解磁场的基本物理量、磁性 材料的磁性能、交流铁心线圈电路；熟悉变压器的结构 组成；掌握变压器的基本工作原理；了解磁路及其基本 定律等。
有外磁场作用时 铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流 圈流向一致，这些分子电流产生的磁场叠加 起来，就形成了一个个天然的小磁性区域— 磁畴。不同铁磁物质内部磁畴的数量不同。
显然，磁畴是由分子电流产生的。
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2）铁磁材料的磁饱和性、磁滞性和剩磁性
铁磁材料反复磁化一 周所构成的曲线称为 磁滞回线。 磁滞回线中B的变化 总是落后于H的变化 说明铁磁材料具有磁 滞性。
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(3) 磁导率μ
磁导率是反映自然界物质导磁能力的物理量，用希腊字母 “μ”表示 。物质的种类很多，且导磁能力也各不相同，为了 有效地区别它们各自的导磁能力，我们引入一个参照标准— 真空的磁导率μ0: 7
0 4 10 H/m
自然界中各种物质的磁导率均与真空的磁导率相比，可得到 不同的比值，我们把这个比值称为相对磁导率，用“μr”表示， 即：
H B

[A/m]
磁场强度H的单位有安每米和安每厘米，二者之间的换算 关系为： 1A/m=10-2A/cm
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2. 磁路欧姆定律
交流铁芯线圈磁路通常由硅钢片 叠压制成，导磁率很高。当套在铁 芯上的线圈通电后，铁芯迅速被磁 化，成为一个人为集中的强磁场。
电路部分
磁路部分 Φ
i
u
电流通过N匝线圈所形成的磁 交流铁芯线圈示意图 动势用Fm=NI表示，磁路对 磁通所呈现的阻碍作用用磁阻Rm表示，磁动势、磁通和磁阻三 者之间的关系可表述为： F IN l , 其中磁阻 : Rm Rm Rm S 磁路欧姆定律 磁路欧姆定律中的磁阻Rm与磁导率μ有关，因此对铁芯磁路 来讲是一个变量，定量计算很复杂，因此没有电路欧姆定律应 用得那么广泛，通常只用来定性分析磁路的情况。
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3. 铁磁物质的磁性能
1)高导磁性
铁磁材料之所以具有高导磁性。是因为在其 内部具有一种特殊的物质结构—磁畴。这些
磁畴相当于一个个小磁铁。
通常情况下，铁磁材料 内部的磁畴排列杂乱无 章，其磁性相互抵消， 因此对外不显示磁性。
磁畴是怎么 形成的？
磁畴在外界磁场的作用下 ，均发生归顺性转向，使 铁磁材料内部形成一个很 强的附加磁场。
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1. 磁路的基本物理量
线圈通电后使铁芯磁化，形成铁芯磁路。 Φ u i
磁通Φ
(1) 磁通 通过磁路横截面的磁力线总量称 为磁通，用“Φ”来表示。单位是 韦伯[Wb]。
均匀磁场中，磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向 的面积S的乘积，即： BS 磁通是标量。其大小反映了与磁场相垂直的某个截面上 的磁场强弱情况。磁通的国际单位制中还有较小的单位称 为麦克斯韦[Mx]，韦伯和麦克斯韦之间的换算关系为：
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0
显然，相对磁导率无量纲，其值越大，表明该类物质的 导磁性能越好；反之，导磁性能越差。
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根据相对磁导率的不同，自然界的物质大致可分为两大类： 1) 非磁性物质 如空气、塑料、铜、铝、橡胶等。这些物质的导磁能力很 差，磁导率均与真空的磁导率非常接近，它们的相对磁导率均 约等于1。非磁性物质的磁导率可认为是常量。 2) 铁磁性物质
1Wb=108Mx
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(2) 磁感应强度
磁感应强度是表征磁场中某点强弱和方向的物理量。用大写 字母“B”表示。B是矢量，B的方向就是置于磁场中该点小磁 针N极的指向。匀强磁场中，B的大小可用载流导体在磁场中所 受到的电磁力来定义。即： F B Il 式中，电磁力F的单位是牛顿[N]、电流I的单位是安培[A]、 导体的有效长度l(与磁场方向相垂直方向的长度投影)单位是米 [m]时，磁感应强度B的单位是特斯拉[T]。 由Φ=BS可知，匀强磁场中某截面S上B值越大，穿过该截 面上的磁力线总量越多。因此，磁感应强度也常称为磁通密 度。磁感应强度的国际单位制中还有较小的单位高斯[Gs]， 特斯拉和高斯之间的换算关系为： 1T=104Gs
如铁、镍、钴、钢及其合金等。这些物质的导磁能力非常强， 其磁导率一般为真空的几百、几千乃至几万、几十万倍。如铸 铁，其相对磁导率μr≈200～400；铸钢的相对磁导率 μr≈500～2200；硅钢的μr≈7000~10000；坡莫合金的 μr≈20000~200000。 显然，铁磁物质的磁导率不是常量，而是一个范围，即随 外部条件变化。铁磁性物质的相对磁导率大大大于1。
0
B c
b a
bc段是磁化曲线的膝部
C点以后是饱和段 ab段是上升段
H
起始磁化曲线 反映了什么？
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铁芯线圈、磁路
工程应用实际中，大量的电气设备都含有线圈和铁心。 当绕在铁芯上的线圈通电后，铁芯就会被磁化而形成铁芯 磁路，磁路又会影响线圈的电路。因此，电工技术不仅有 电路问题，同时也有磁路问题。
+ －
(a) 电磁铁的磁路
(b) 变压器的磁路
(c) 直流电机的磁路
常用电气设备铁芯示意图中红色虚线表示磁路中的工作 主磁通的路径；紫色虚线表示通过空气闭合的极少部分漏 磁通。